關于清水塘礦區垱頭沖礦段礦坑涌水量預測方法探討

李 培，李 偉

（湖南省有色地質勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421000）

1 地質背景

湖南省祁東縣清水塘礦區位于郴州多金屬成礦帶與湖南深部構造揚子微板塊、華南微板塊拼貼帶內的江永-祁東-湘鄉地殼隱伏逆沖斷裂帶內的關帝廟穹隆構造西端，大地構造位置處于紫云山-牛頭寨-四明山-關帝廟早期華夏系隆起地帶與祁陽山字形構造北弧復合地段。

2 礦區水文地質條件

清水塘礦區采礦權包括垱頭沖、紅旗坑、老虎巢、白沙巖、金礦巖、月塘坪等六個礦段。區內地貌為崇山峻嶺，地形較陡，幼年期“V”形谷發育，一般地形坡度在35°至15°之間。礦區最高點為位于詳查區東偏北方向的猴子嶺，海拔標高678.16m，最低點為詳查區東北方向的雙口水庫，海拔標高270m,相對高差最大408.16m,一般在200m至300m之間。

礦區位于以西側七亭子-尖峰嶺-河嶺、東北側老虎嶺-啞口嶺-猴子石為分水嶺所構成的匯水區內，匯水面積8.13km2,為一個較完整的水文地質單元。地下水從東西兩側分水嶺向中部匯聚，然后向南徑流，最后流出礦區。該匯水區最低點位于礦本部南側的南田，海拔標高約270m,為礦區最低侵蝕基準面。垱頭沖礦段位于以西側七亭子-尖峰嶺-河嶺、東側筆槽塘為分水嶺的二級匯水區內，匯水面積2.74km2，最低點位于礦本部東側沖溝，海拔標高290m。

2.1 地層(巖層)巖性及水文地質特征

出露的地層從老到新為：

寒武系下統（∈1）：由硅質板巖、炭質板巖、燧石層夾石煤層和磷礦層組成，為隔水層或相對隔水層。

寒武系中統（∈2）：由薄-中厚層狀灰巖、砂巖、炭質板巖及砂質板巖組成，為隔水層或相對隔水層。

寒武系上統（∈3）：上部為灰黑色薄層石英砂巖、粉砂質絹云母板巖；中部為深灰-灰黑色絹云母板巖、含鈣質板巖夾泥質灰巖透鏡體、微粒灰巖、泥質灰巖及硅質灰巖，不含水，為隔水層。

奧陶系（O）:厚度較大，從上至下為白水溪（O1bs）、棋亭子組（O1q）、煙溪組（O2y）、唐刀溪組（O2md）、南石沖組（O3n）及五峰組（O3w）。巖性主要為炭質板巖、絹云母板巖及少量硅質巖、硅質板巖、含石英粉砂巖。

在本礦段大面積出露的地層主要為白水組中段（O1bs2）絹云母板巖及白水組上段（O1bs3）石英粉砂絹云母板巖。勘查共發現泉點151個，地下水露頭點密集，但泉點涌水量都很小，絕大部分在0.1L/s以下，最大0.45L/s，最小0.01L/s。該層含裂隙水，為礦區主要含水巖層。根據對5個鉆孔進行的靜止水位觀測，水位標高相差極大，最低水位為CK901孔，水位標高23.40m；最高水位為CK1102孔，水位標高466.42m。根據地下水露頭情況、鉆孔靜止水位、簡易注水試驗成果、鉆孔水文地質編錄工作判斷，該含水層含水通道聯通性差，富水性普遍為弱，采礦疏干降落漏斗無法向外擴展，造成了400余米的懸掛水頭。

志留系周家溪群（Szh）:巖性為灰-深灰色薄-中厚層狀變質長石石英砂巖。

該層礦區出露范圍小，分布在礦區東側花崗閃長巖體附近，垱頭沖沒有出露。該層中沒有發現泉點，僅局部陡坎處可見地下水沿巖石層面滲流，含微弱裂隙水。

泥盆系跳馬澗組（D2t）:上部為鐵質粉砂巖，下部為灰白色薄-中厚層狀變質長石石英砂巖，本次調查在該層中沒有發現泉點，含水層富水性弱。

泥盆系棋子橋組（D2q）:上部為灰黑色厚層灰巖，下部為灰色-深灰色頁巖。

泥盆系地層出露面積小，分布在礦區東側，垱頭沖沒有出露。該含水層富水性弱。

第四系（Q）：礦區第四系松散層分布廣泛，由殘坡積層及沖、洪積層構成，以殘坡層為主，具二元結構，上部主要為透水性差的粘性土，下部為結構松散、透水性較好的砂性土及碎石土，含孔隙性潛水，季節性變化大。

2.2 構造及坑道水文地質特征

區域構造發育，但本礦段構造主要為一些次級斷裂破碎帶，呈網格狀分布，與礦體賦存關系密切。

根據垱頭沖8、9、10三個中段的坑道水文地質調查情況，大部分坑道為潮濕，少量坑道滴水，坑道涌水點極少，其中8中段沒有涌水點，9、10中段各一個涌水點，涌水量分別為0.01L/s和0.015L/s，地下水主要是通過滴水的形式進入礦坑，坑道揭露滴水巖層后，其滴水持續時間較長，主要滴水區大多不在破碎帶內。

2.3 補給、徑流、排泄條件

礦區地下水主要接受當地大氣降水的滲入補給，沿地形坡向由高處向低處徑流，排泄于坡腳、溪溝及礦坑。

2.4 水力聯系

（1）礦區地下水與地表水之間的水力聯系。礦區地下水與礦區地表水之間存在水力聯系，但礦區及附近的地表水體主要為一些小型水庫、山塘及間歇性地表溪流，礦區地表水不發育，且主要含水層含水通道連通性差，地表水對礦區地下水補給有限；區域地表水體距礦區較遠，與礦區地下水之間無水力聯系。

（2）礦區地下水與區域地下水之間的水力聯系。通過對勘探成果資料的分析研究查明，礦區地下水與區域地下水之間無水力聯系。

（3）礦區含水層之間的水力聯系。礦區松散巖類孔隙含水層與碎屑巖裂隙含水層之間具有水力聯系。在山地及斜坡地帶，碎屑巖裂隙含水層接受松散巖類孔隙含水層的垂直滲入補給；在坡腳、溝谷等地形低洼地帶，碎屑巖裂隙含水層反過來側向補給松散巖類孔隙含水層。

2.5 礦床充水因素

碎屑巖裂隙含水層與含礦層賦存于同一層位，該含水層是礦坑的直接充水因素；松散巖類孔隙含水層垂直補給下部的碎屑巖裂隙含水層，是未來礦坑的間接充水因素；賦存于棋子橋灰巖中的巖溶含水層本身富水性弱，且中間存在一個次級地表分水嶺，從目前降落擴展情況看，降落漏斗水位不可能穿越地表分水嶺達到東側的巖溶含水層，故礦區巖溶含水層與垱頭沖礦坑充水無關。

3 垱頭沖礦段礦坑涌水量預測方法

3.1 涌水量預測方法選擇

垱頭沖礦段現已形成南北方向狹長的坑道系統，最低采礦標高已達到十中段（-25m標高），疏干漏斗中心水位達到23.40m標高，但附近水位仍保持在400m左右標高，11線的CK1102孔目前水位標高仍為466.42m,形成了一個與坑道系統基本一致的狹長條帶狀降落漏斗。這是由于充水含水層透水性差引起的，降落漏斗難以越過地表分水嶺。

本礦段礦體產狀陡，未來采礦主要是往深部，東西方向擴展不大，即隨采礦深度增加，采礦面積不會有大的增加，故隨采礦深度增加，水文地質條件不會由大的改變。

鑒于以上情況，礦坑涌水量預測方法選擇深度比擬法符合礦床實際。即以八中段坑道排水量資料及十中段抽水試驗資料為依據，假設隨開采深度增加，開采面積不變，預測深部礦坑涌水量。

3.2 礦坑涌水量計算

（1）計算基礎資料

礦山排水系統設置情況：八中段以上礦坑水主要集中在八中段水倉后集中排出地表；八中段以下礦坑水集中從十中段排出。

①2014年八中段以上礦坑總排水量。八中段以上（含八中段）共有三個排水點，主要排水點為八中段水倉，將三個排水點每日排水量相加即為八中段以上總排水量。②八中段以下抽水試驗成果。2014年6月1日至20日利用排水系統進行了為期20天的抽水試驗，水泵額定流量為60m3/h,經校定，實際排水能力為56.32m3/h。根據十中段抽水試驗，從八中段到十中段，采礦深度增加80m。

（2）比擬參數選定

根據礦山提供的八中段以上排水資料，2014年6月份是全年平均最大排水月，排水量為191.17m3/h。可以該礦坑涌水量增加值為依據用比擬法預測深部礦坑涌水量。即采礦深度每增加1個中段，礦坑涌水量增加8.66m3/h。

（3）計算基數

一般涌水量=八中段以上年平均礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預測中數增加值×單個中段涌水量增加值

最大涌水量=八中段以上年最大礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預測中數增加值×單個中段涌水量增加值

最小涌水量=八中段以上年最小礦坑涌水量+十中段礦坑涌水量增加量+十中段往下預測中數增加值×單個中段涌水量增加值

（4）預測結果

預測結果詳見下表。

表1 清水塘礦區垱頭沖礦段礦坑涌水量預測結果表

4 結語

本文通過對清水塘礦區地質背景及垱頭沖礦段礦床水文地質條件的闡述，以八中段以上礦坑排水量為基數，采用開采深度比擬法預測了深部礦坑涌水量。清水塘礦區垱頭沖礦段自轉入深部開采以來，礦坑涌水量一直比較穩定，實際礦坑涌水量與預測結果接近，說明預測方法及參數選擇恰當，符合礦床實際。礦區其它礦段水文地質條件與垱頭沖礦段的水文地質條件相似，可以借鑒本礦段的礦坑涌水量預測方法。